本文先對(duì)鋁合金殼體的結(jié)構(gòu)及壓鑄工藝進(jìn)行分析,并用UG軟件完成鋁合金殼體壓鑄模設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證,所設(shè)計(jì)的壓鑄合理,所得到的鑄件表面光潔,產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。
01.鋁合金后殼悶蓋壓鑄件結(jié)構(gòu)與工藝分析
1.1壓鑄件結(jié)構(gòu)從圖1中可看出,該后殼悶蓋鑄件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,鑄件壁厚基本均勻,存在兩個(gè)鑄出孔,但是因?yàn)殍T出孔的壁略厚,熱節(jié)很容易出現(xiàn),該壓鑄件整體壁厚較為均勻,壁厚選擇時(shí)應(yīng)綜合考量多種因素:壓鑄件結(jié)構(gòu)、材料性能以及所設(shè)計(jì)的壓鑄工藝等,只有采用薄壁或者均勻的壁厚才能要符合各個(gè)方面的需求。
1.2鑄件外側(cè)邊緣的最小壁厚良好的鑄件成形條件,要求保持一定的外側(cè)邊緣壁厚,邊緣壁厚s與深度h的關(guān)系為s≥(1/4~1/3)hmm。當(dāng)h<4.5mm時(shí),則s≥1.5mm。
1.3壓鑄材料該壓鑄件材質(zhì)為壓鑄鋁合金,其牌號(hào)為YZAlSi9Cu4,抗拉強(qiáng)度為240MPa,布氏硬度85HBS,平均收縮率為0.6%。所選合金引起鑄造性能良好,特別適合于壓鑄。
1.4鑄造圓角半徑為了使金屬液流動(dòng)更流暢,且很容易氣體排出,結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)使用鑄造圓角,且利用圓角來(lái)替代結(jié)構(gòu)銳角還可以避免產(chǎn)生裂紋。所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圓角的半徑值取決于結(jié)構(gòu)壁厚值,范圍一般為0.5~1mm。
1.5脫模斜度選取脫模斜度要綜合考量多種因素:鑄件幾何形狀(深度、壁厚、型腔或型芯表面)、粗糙度、加工紋路方向等??剂可鲜龈饕蛩兀O(shè)計(jì)鑄件的殼體脫模斜度:外表面的α=30′,而其內(nèi)表面的β=1°。
02.壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)
2.1壓鑄機(jī)選擇選擇壓鑄機(jī)必須先確定鎖模力。鎖模力作用有二:一個(gè)是用來(lái)平衡反壓力,以達(dá)到鎖緊分型面的目的;一個(gè)是用來(lái)阻止飛濺的金屬液,以達(dá)到獲得目標(biāo)尺寸精度的目的。設(shè)計(jì)的鑄件不存在分脹型力,因?yàn)榇四>呤菦](méi)有側(cè)抽芯的(壓鑄件無(wú)側(cè)孔與側(cè)凹)。因此F鎖≥KF主=1.25×1288.352=1610.44kN根據(jù)上述計(jì)算得到鎖模力的值還有鑄件重量,根據(jù)這兩個(gè)主要因素進(jìn)行壓鑄機(jī)選擇,最后選用機(jī)型為:臥式冷室壓鑄機(jī)(2500kN)———J1125型,主要參數(shù):①最大金屬澆注量———3.2Kg,②模具厚度———250~650mm,③動(dòng)模座板行程———400mm,④壓射力———143~280kN。
2.2壓鑄壓力壓鑄工藝中壓鑄壓力是主要參數(shù)之一,因此掌握液態(tài)金屬在壓鑄過(guò)程中上的壓力變化情況,對(duì)壓鑄過(guò)程中各階段的壓力進(jìn)行合理控制,具有重要意義:①獲得合格鑄件———致密的組織,清晰的輪廓;②初算壓射比壓———根據(jù)所選壓射力計(jì)算。壓射比壓還與模具型腔空間、鑄件壁厚、金屬液流程等因素相關(guān),結(jié)合所設(shè)計(jì)模具的具體參數(shù),以及初算值,此壓鑄模的壓射比壓最終定為90MPa。
2.3壓鑄速度壓鑄速度的選擇有以下兩方面:壓射速度選擇和充型速度選擇。兩種速度的選擇至關(guān)重要,其直接決定了鑄件內(nèi)在外在的質(zhì)量及輪廓清晰度等。選擇充型速度時(shí)考慮因素:①鑄件的大小、②鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、③鑄件所選合金的種類(lèi)、④壓射比壓的高低。具體選擇:①充型較容易的———壁厚簡(jiǎn)單或有較高的內(nèi)部質(zhì)量要求的鑄件,選擇:低速、高比壓、大澆口;②需要快速充型———復(fù)雜薄壁或有較高的表面質(zhì)量要求的鑄件,選擇:高速,高比壓。綜合考量,根據(jù)本壓鑄件的具體特點(diǎn)———結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,選擇中速,范圍為20~90m/s。
2.4壓鑄時(shí)間確定壓鑄時(shí)間,其由三部分所需時(shí)間組成:充型時(shí)間、持壓時(shí)間及壓鑄件在壓鑄模具中停留的時(shí)間。幾種因素綜合作用產(chǎn)生了這種結(jié)果:壓力、速度、溫度、金屬液特征,以及鑄件結(jié)構(gòu)(主要是壁厚和體積)和模具結(jié)構(gòu)(特別是澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng))等因素。充型時(shí)間大多在0.01~0.2s之間。其長(zhǎng)短由鑄件的大小以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度決定:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積大的鑄件,需要相對(duì)長(zhǎng)些的充型時(shí)間;結(jié)構(gòu)較復(fù)雜和壁厚較小的鑄件,所需時(shí)間短。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),充型時(shí)間定為0.2s左右,對(duì)于本文設(shè)計(jì)的中小型鋁合金壓鑄件是比較合理的。持壓時(shí)間作用是:壓射沖頭有足夠的時(shí)間對(duì)未凝固的金屬施壓,使得結(jié)晶過(guò)程可以在壓力下進(jìn)行,增強(qiáng)補(bǔ)縮,成功獲得致密組織。影響時(shí)間長(zhǎng)短的因素:所選合金熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度范圍和鑄件壁厚等。熔點(diǎn)高、范圍大、壁厚大的鑄件所需時(shí)間較長(zhǎng),2~3s;當(dāng)所確定時(shí)間過(guò)短,則縮松現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn),但并不是持壓時(shí)間延長(zhǎng)就能起到顯著的效果。1~2s為一般持壓時(shí)間范圍。本設(shè)計(jì)中鑄件的平均壁厚為3mm、考慮其結(jié)構(gòu)以及合金性質(zhì),選擇3s作為持壓時(shí)間。 2.5壓鑄溫度保證合格鑄件的主要工藝參數(shù)———金屬液的澆注溫度以及模具的工作溫度,影響它的因素有許多:鑄件的結(jié)構(gòu)、壁厚、充型的壓力、速度以及合金種類(lèi)等。需要通過(guò)綜合考量上述參數(shù),保證壓鑄溫度穩(wěn)定處于合理范圍內(nèi),提供良好的充型條件。澆注溫度不在合理的范圍內(nèi)會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至不合格:①過(guò)高的澆注溫度———冷卻時(shí)會(huì)造成過(guò)大的收縮,產(chǎn)品易形成裂紋,產(chǎn)生較粗大的晶粒,較差的力學(xué)性能,甚至造成粘模,降低模具壽命;②過(guò)低的澆注溫度———造成缺陷包括冷隔、表面花紋和澆注不足等。為了獲得合格鑄件,除了需要考慮澆注溫度外,還應(yīng)該同時(shí)考慮壓力、壓鑄模具溫度、充型速度以及鑄件所選合金。本壓鑄件選用鋁硅合金,根據(jù)其流動(dòng)性及模具特性,選定620℃作為壓鑄溫度。
03.后殼悶蓋壓鑄件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1分型面的確定該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,按分型面選取原則,應(yīng)選擇最大投影截面處,如圖2所示分型面。
3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)由四部分組成:①直澆道、②橫澆道、③內(nèi)澆口、④冷料穴。具體設(shè)計(jì):①整體式壓室———壓室與澆口套的連接方式;②橫澆道的截面形狀———扁梯形;③內(nèi)澆口———環(huán)型側(cè)澆口;④側(cè)澆口———布置在鑄件的分型面上;⑤一模四腔,圖3為具體結(jié)構(gòu)形式。
3.3溢流槽與排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)溢流槽進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),綜合考量各種因素選擇的截面形狀為梯形(圖4)。合理的結(jié)構(gòu)具有以下作用:①改善模具的熱平衡狀態(tài)———調(diào)節(jié)模具各處的溫度,減少鑄件出現(xiàn)流痕、冷隔和澆不足的現(xiàn)象,轉(zhuǎn)移縮孔、縮松、渦流裹氣;②排出型腔中的氣體———配合排氣槽迅速排氣;③儲(chǔ)存冷污金屬液———涂料殘?jiān)蜌怏w的混合體。
3.4頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在壓鑄過(guò)程中,一個(gè)完整的成形周期結(jié)束后需要開(kāi)模取壓鑄件,會(huì)在凸模一側(cè)發(fā)現(xiàn)被包裹著的壓鑄件,需要將其取下,此任務(wù)需要附加一種頂件機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中頂出系統(tǒng)占有重要地位,構(gòu)成頂出系統(tǒng)主要有三部分:①頂出、②復(fù)位、③導(dǎo)向。本套模具采用兩種頂桿頂出機(jī)構(gòu),分別用于鑄件頂出和澆道頂出,頂桿直徑分別為6mm和8mm。在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)限位裝置:①限位塊、②復(fù)位桿,用以提高機(jī)構(gòu)的復(fù)位精度以及防止機(jī)構(gòu)部件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中行程超限。
3.5成型零件尺寸計(jì)算
3.5.1型腔與型芯尺寸:
3.5.2計(jì)算中心距離、位置尺寸:式中:L -成型部分的中心距離、位置的平均尺寸(mm);L-壓鑄件中心距離、位置的平均尺寸(mm)。
3.6冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇高效、易控制的模具冷卻方法———水冷,用以獲得高質(zhì)量鑄件和長(zhǎng)的模具使用壽命。水冷的冷卻效果取決于冷卻水道的布局,將其布置在型腔內(nèi):①溫度最高、②熱量比較集中、③模具下面、④操作者的對(duì)面一側(cè)。為了提高輸水膠管安裝便利性,要求統(tǒng)一水道的外徑幾何尺寸。其結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖5所示。
3.7壓鑄??傃b圖作出后殼悶蓋壓鑄模具的總裝配圖(圖6)。壓鑄模由兩部分組成:定模、動(dòng)模。定模靜止不動(dòng),位于定模板上,動(dòng)模隨著隨動(dòng)板移動(dòng),位于隨動(dòng)模固定板上,通過(guò)動(dòng)模相對(duì)于動(dòng)模的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)合模、開(kāi)模。①合模:二者閉合形成型腔,高壓下使用澆注系統(tǒng)用金屬液對(duì)型腔進(jìn)行充填;②開(kāi)模:保壓后二者分離,推出機(jī)構(gòu)完成從型腔中推出產(chǎn)品的任務(wù)。
本文采用UG軟件對(duì)后殼悶蓋零件進(jìn)行實(shí)體造型,并完成了后殼悶蓋零件的工藝性分析、壓鑄工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),型腔的受以下幾種因素限制:制造、工藝及生產(chǎn)效率等,綜合考量上述各因素,定為比較合理的一模四腔布局。經(jīng)實(shí)踐生產(chǎn)表明,選擇90MPa的壓鑄比壓,在20~90m/s范圍內(nèi)選擇壓鑄速度,0.2s的鑄時(shí)間,3s的持壓時(shí)間,620℃的壓鑄溫度,所得到的后殼悶蓋件具有光潔表面,滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求。
來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)